JPS6114636B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

本発明は、ガス拡散電極の製造法に関する。 酸化性ガスあるいは還元性ガスを電気化学的に
反応させて電気エネルギーを取出すガス拡散電極
は、原理的には古くから知られていたが、実用的
な放電特性を有した電極が得られるようになつた
のは比較的新しいことである。とくに近年では燃
料電池に用いるために研究開発が活発に進めら
れ、その結果、特性の向上が著しい。 ガス拡散電極の製造法で最も代表的なものとし
てはつぎのようなものである。一つは触媒金属を
加えた活性炭あるいは触媒金属を加えない活性炭
を、通常防水能力を持つ樹脂であることが多い結
着剤とともに加圧成型する方法である。この場
合、加圧成型時に防水能力を有する結着剤を用い
ないものでは加圧成型後に防水処理を施す。他の
一つは金属を主体とする粉末を焼結により多孔体
とした後、触媒を加え、さらに防水処理を施す方
法である。 これらの方法のうち、前者は比較的簡単に電極
を得ることができて、初期性能はすぐれている
が、寿命特性の点では問題があり、とくに高率放
電時において後者の方法で得られた電極の方が良
好である。この寿命特性に差が生じる主な原因
は、焼結式では金属粉末がたがいに融着されるた
め機械的強度がすぐれているのに対し、加圧型式
では機械的強度が乏しいことによるためである。 焼結式多孔体には従来ごく普通には集電体とし
て中心部に金属多孔体、たとえばスクリーン，エ
クスパンデツドメタル，穴あき板などを用いてい
た。ところがこのような金属多孔体はどうしても
二次元的構造となり、三次元的にするためには焼
結多孔体と同じ程度の厚さのものを用いる必要が
あり、厚さを厚くすると重量の増加が大きくなる
ことと集電体の占有する部分が増えるために、反
応に寄与する部分が減少して電極特性が劣化する
問題があつた。 なお、上述した主要な二種類のガス拡散電極の
他に、三次元的構造の集電体として、連続的に連
らなつた空間部を有する発泡状金属多孔体を用
い、この発泡状金属多孔体の空間部に活性炭とニ
ツケル粉末との混合物を充てんした後、焼結する
ことで得られる焼結多孔体を電極基体とする方法
がすでに提案されている。 本発明は、この発泡状金属多孔体に、活性炭と
とニツケル粉末との混合物を充てんした後に焼結
して焼結多孔体を得る方法の改良に関するもので
ある。 すでに提案された方法では、発泡状金属多孔体
に活性炭とニツケル粉末とを充てんした後、ただ
ちに焼結を行なつているので、焼結時に溶融状態
となり、焼結体の形成に役立つニツケル粉末の混
合物中に占める混合割合を比較的多くすることが
不可欠であり、また活性炭とニツケル粉末との混
合物の充てんを容易にするために発泡状金属多孔
体の孔径を大きくしたり、厚さをうすくすれば焼
結後における機械的強度が小さくなるなどの問題
点が残されていた。 そこで本発明では三次元的構造の集電体として
連続的に連らなつた空間部を有する発泡状金属多
孔体で好ましくは多孔度90％以上のものを用い、
この集電体の空間部へ活性炭とニツケル粉末との
混合物を充てんした後、加圧処理を行ない、さら
に非酸化性雰囲気中で焼結を行なわせることを特
徴とする。ここで用いる活性炭とニツケル粉末と
の混合体は、乾燥状態で集電体に充てんすること
も勿論可能であるが、水あるいはアルコール類な
どの液体、さらにはカルボキシメチルセルロース
のような結着剤を同時に添加して泥状とした後、
集電体へ充てんする方法は均一な充てんのために
好ましい方法である。なお、カルボキシメチルセ
ルロースのような結着剤を添加するのは、集電体
へ活性炭とニツケル粉末との泥状混合物を充てん
した後の焼結工程までの間の取扱い時にこれらの
粉末が集電体中より脱落するのを防ぐためであ
る。この場合に活性炭の割合を増すことは、コス
トの低減にとくに効果が大きいが、従来のように
集電体へ活性炭とニツケル粉末との混合物を充て
んしたのみで焼結する方法においては、活性炭の
混合割合は、用いる活性炭とニツケル粉末各々の
見掛上のかさ比重の相異により一概に決めること
はできないが、たかだか20重量％程度のことが多
い。 ところが本発明においては活性炭とニツケル粉
末との混合物を集電体中へ充てんした後に加圧す
る工程をとるので、活性炭とニツケル粉末との混
合物中に占める活性炭の混合割合を50％程度まで
増加させても十分実用可能な強度を有する焼結多
孔体を得ることが可能である。この場合、活性炭
を30〜50重量％まで添加することがコストの上で
も性能の上でも好ましいことがわかつた。 なお、活性炭とニツケル粉末との混合物を集電
体の空間中へ充てんした後に加圧する工程におけ
る圧力は、用いる発泡状金属多孔体の多孔度、活
性炭とニツケル粉末との混合物中に占める活性炭
の割合などにより異なるが、30〜500Kg/cm²好まし
くは50〜200Kg/cm²である。 以下、本発明を空気―亜鉛燃料電池の空気極に
適用する場合についてその実施例を述べる。 活性炭40重量部とカーボニルニツケル粉末60重
量部との混合物100ｇに対してカルボキシメチル
セルロース１重量％の水溶液50mlを加えて練合し
て得られた泥状混合物を、多孔度95％、厚さ２
mm、平均孔径約１mmφ、大きさ50×60mmの発泡状
ニツケル多孔体中へ充てんする。つぎに多孔体中
への泥状充てん物が半乾燥状態になるまで乾燥を
行なつた後、100Kg/cm²の圧力で加圧し、十分乾燥
させた後、水素気流中で20分間加熱を行ない空気
極基体を得た。ここで得られた基体に触媒として
１mg/cm²の量のパラジウムを添加した後、フツソ
樹脂デイスパージヨンで防水処理し、電解液の耐
漏液性をより完全にするために多孔度70％、厚さ
約0.5mmのフツソ樹脂不織布をあてて加圧一体化
する。このようにして得られた電極をＡとし、Ａ
における電極基体の作成時に活性炭とニツケル粉
末との混合割合が活性炭20重量部、ニツケル粉末
80重量部となるようにし、集電体の空間中への充
てん後の加圧工程を行なわない電極をＢとした。 上記電極Ａ，Ｂにそれぞれ厚さ５mm、多孔度60
％、大きさ50×60mmの多孔性亜鉛極１枚づつを組
み合せて単電池を構成した。なお、電解液として
は比重1.30のか性カリ水溶液を用いた。 図に室温中におけるこれら電池の電流―電圧特
性を示す。この結果より明らかなように本発明Ａ
は比較例Ｂに比べて、低電流領域ではほとんど差
がないが、高電流領域部分ですぐれた特性を示す
ことがわかる。 これはＡ，Ｂともに同じ発泡状ニツケル多孔体
を集電体として用いているが、起電反応に関与す
る集電体中の活性炭の割合を本発明における場合
の方が多くすることができ、また電極基本の焼結
時における集電体、活性炭、ニツケル粉末相互の
間の焼結が良好な状態で行なわれるためであろう
と思われる。 つぎにＡと同じ製法で、充てんする活性炭の重
量比率を種々かえた電極をつくり、この電極の
3A放電時の電位と、3Aで亜鉛極を新しく取りか
えながら45℃で連続放電した際に電位が0.6V以
下になるまでの放電持続時間（寿命）との関係を
調べたところ次表の結果であつた。

【表】 この表から明らかなように電位、放電持続時間
とも活性炭が30〜50重量％の際が良好であつた。 なお、本発明で集電体として用いる発泡状金属
多孔体の製造は、たとえば樹脂の多孔体に金属メ
ツキを行ない、加熱して樹脂を除去する方法など
が既に知られている。 また、この発泡状金属多孔体の多孔度は、多孔
体の内部まで活性炭とニツケル粉末との混合物を
充てんする必要がある関係上、実験の結果から90
％以上であることが必要であることがわかつた
が、この多孔度は孔径が大きくなれば多孔度はさ
らに小さくてもかまわない。たとえば孔径1.5mm
のときは多孔度85％でも、活性炭とニツケル粉末
の混合物の充てんは十分可能であつた。 このように、本発明の製造法によれば、電極と
しての特性に優れたガス拡散電極を容易に製造す
ることができる利点がある。

【図面の簡単な説明】

図面は本発明の製造法によつて得たガス拡散電
極を用いた空気―水素燃料電池の特性を示す。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 連続的に連なつた空間部を有する三次元的金
   属多孔体に、活性炭とニツケル粉末とからなり全
   体に占める活性炭量を30〜50重量％とした混合物
   を充てんし、ついでこれを加圧した後、非酸化性
   雰囲気中で焼結することを特徴とするガス拡散電
   極の製造法。